CN104307207A - 一种全自动层析柱 - Google Patents

Abstract

一种全自动层析柱，其包括可升降柱头部分、管柱部分、驱动部分和固定底盘，其特征在于：所述层析柱还包括顶板和两根支撑杆，所述顶板通过两个支撑杆与固定底盘固定连接形成方框式固定结构，所述方框式固定结构提供对全自动层析柱的所有部件的总体支撑；所述自动层析柱还包括多通道上喷头部分；所述驱动部分固定连接于所述顶板，通过驱动丝杆使安装于丝杆下端部的柱头部分自动升降；本发明的优势在于：(1)采用方框式固定结构作为总体支撑，机构简单、可靠性高、成本较低；(2)所述驱动部分在柱头部分升降时并不移动，从而提高了可靠性和稳定性；(3)管柱的安装、拆卸和维修等操作程序非常简单，有效避免了误操作可能造成的损失。

Description

一种全自动层析柱

技术领域

本发明涉及工业层析领域，更具体地涉及一种全自动层析柱。

发明背景

层析柱是层析工业进行纯化过程液体，以及从过程液体中分离出所需要物质的重要设备，典型地用于各大提取物厂家、制药企业、化妆品、食品企业等对生物制品进行大规模的制备性纯化。

随着工业的发展，自动层析以其高度的自动化，过程的可控制性以及较高的层析效率逐渐成为层析工业的主流设备。

但是现有的自动层析柱存在结构复杂、操作不便、可靠性差等缺点。以目前最广泛使用的GE的Axichrom层析柱为例，其拆柱过程非常复杂，它需要以下复杂的操作过程(拆柱过程还需要大量人工介入)：上升柱头——安装提拉件——卸掉减速箱与管柱的连接螺母——下降柱头，顶起减速箱——插2个限位销1——上升柱头——待柱头与管柱无摩擦时，卸掉底盘的连接螺钉——上升柱头，提起管柱——插限位销2——下降柱头，卸掉提拉件——转出管柱。另外，Axichrom层析柱的装柱过程也同样非常复杂。由于操作的程序过于复杂，在生产实践中经常发生因操作不规范或误操作而损坏层析柱的问题(因为自动层析柱价格可高达数百万元，所以一旦出现损坏，经济损失非常巨大)。另外，Axichrom层析柱的整个驱动部分在柱头的运动过程中需要上升及下降，造成结构复杂、操作繁琐、可靠性及稳定性降低。

因此，本领域存在对结构更简单、操作更方便、可靠性更高的自动层析柱的强烈需求。

发明内容

为了解决现有自动层析柱的一个或多个上述问题，本发明提供一种全自动层析柱，通过更加简单可靠的管柱拆装机构，解决了上述需求与难题。

本发明采用的技术方案如下：

一种全自动层析柱，包括可升降柱头部分、管柱部分、驱动部分和固定底盘，其特征在于：所述层析柱还包括顶板和两根支撑杆，所述顶板通过两个支撑杆与固定底盘固定连接形成方框式固定结构，所述方框式固定结构提供对全自动层析柱的所有部件的总体支撑；所述自动层析柱还包括多通道上喷头部分；所述驱动部分固定连接于所述顶板，通过驱动丝杠使安装于丝杠下端部的柱头部分自动升降；并且所述层析柱还包括移动机构，所述移动机构将所述管柱部分连接到所述支撑杆上或连接到相对于所述固定底盘固定的其它部件，从而允许所述管柱部分在所述移动机构作用下相对于所述固定底盘沿水平方向移动。

所述驱动部分固定连接于所述顶板，从而在使用及清洗的过程中升降柱头部分时相对于所述支撑杆及固定底盘固定不动。

本发明的优势在于：

(1)采用方框式固定结构作为总体支撑，结构简单、可靠性高、成本较低；

(2)所述驱动部分在柱头部分升降时并不移动，从而提高了可靠性和稳定性；

(3)利用移动机构可以简单有效地将管柱部分移出(必要时先抬升再移出)，可以方便快捷的进行清洗，实现了装胶、层析、卸胶、清洗的全自动操作；

(4)管柱的安装、拆卸和维修仅需要最少的人工介入，且操作程序非常简单，有效避免了误操作可能造成的损失。

优选地，所述管柱部分的管柱主体是玻璃管柱或有机玻璃管柱，还包括上下端部的可拆卸盖圈及连接上下盖圈用于支撑管柱主体的拉杆(例如共有6根拉杆)。玻璃管柱或有机玻璃管柱可具有不同规格内径，通常在300mm-2000mm之间，例如：450mm、630mm、800mm和1000mm等。

所述管柱部分相对于所述固定底盘沿水平方向的“移动”包括各种运动方式，例如前后平移、旋转、或者平移与旋转的组合等等。取决于需要的移动方式和移动轨迹，所述移动机构可以有各种实现方式，并可以由本领域技术人员根据需要进行选择。

根据本发明的一个实施方案，所述移动部分包括固定于管柱部分的上、下两个旋转支座，两个旋转支座围绕着两个支撑杆之一，从而允许管柱部分绕所述支撑杆旋转。优选地，所述管柱部分还可包括至少两个固定于上盖圈的可拆卸提拉件用于管柱部分的提升或装卸。这里“包括……两个旋转支座”意味着不排除其他额外部件存在的可能性，例如，必要时还可以设置更多的旋转支座(而不一定仅限于两个)，另外必要时也可以设置其他辅助元件(例如必要的润滑部件或连接部件)。

根据这种实施方案，所述层析柱的拆柱过程相对非常简单，仅涉及以下几个主要操作步骤：上升柱头——安装提拉件，卸掉底盘的连接螺钉——上升柱头，提起管柱——插限位销2——下降柱头，卸掉提拉件——在人力推动下转出管柱。这相对于传统的自动柱拆柱过程大为简化，并有效避免了误操作可能造成的损失。

根据本发明的另一个实施方案，所述移动机构包括至少两个曲臂，所述曲臂一端与管柱部分连接(例如通过管柱部分上的拉杆连接)，另一端与支撑杆连接或者与相对于所述固定底盘固定的其它部件连接，并且曲臂可以绕着支撑杆或绕着平行于管柱部分的轴线的方向旋转。曲臂数目也可以为4个或更多。曲臂的安装位置可以分别在柱前、柱后方向相对设置，也可以设置在同一侧(都在柱前或都在柱后)，但优选在前后两侧相对设置。曲臂的具体形状(曲率)可以由本领域技术人员根据所需的管柱移动轨迹通过数学计算进行设计。通常，这种情况下所述管柱的移动方式是一边绕着自身轴线自传一边平移，而具体的移动轨迹取决于曲臂的具体形状(曲率)。

优选地，所述包括曲臂的移动机构是弹性移动机构，即所述曲臂本身是由弹性材料制成的，或者在所述曲臂与管柱部分连接处设置有弹性元件(例如弹簧或者碟簧)。这在拆柱需要先提升抬高管柱位置时特别有利。

根据以上实施方案，所述层析柱的拆柱过程更加简单。具体地，首先松开管柱底部盖圈锁紧螺钉，管柱会在弹性曲臂或弹性元件的作用下自动抬升一定距离，与底部安装面分离，然后在外力(例如操作工人的人力)推动下，曲臂带着管柱部分沿特定轨迹移动向前或向后。这相对于传统的自动柱拆柱过程大为简化，并有效避免了误操作可能造成的损失。通常，管柱在移动过程中绕自己的中心轴发生自转，同时管柱在曲臂的约束下整体前后平移。显然，管柱的具体移动轨迹是受曲臂的形状和曲率决定的，本领域技术人员可以对此进行设计来实现预期的移动轨迹。

在以上任意实施方案中，优选地，所述可自动升降的柱头部分包括有分配器背板、上分配器、上筛网。

在以上任意实施方案中，优选地，所述柱头部分以驱动部分的伺服电机作为驱动，通过减速器、旋转盘(或旋转螺母)及丝杠带动柱头上下移动。

所述多通道上喷头优选是三通道上喷头，包括括喷淋口、进/出胶口及层析口三个通道。通常，层析口一直处于开路状态，喷淋口及出胶口开闭可以通过喷头的伸缩进行选择。

在以上任意实施方案中，优选地，所述全自动层析柱包括用于支撑管柱部分的下分配器部分包括下分配器背板、下分配器、以及下筛网。

在以上任意实施方案中，优选地，所述全自动层析柱包括多通道下喷头。更优选地，所述多通道下喷头具有与多通道上喷头类似的结构。更优选地，所述多通道下喷头是三通道下喷头，包括括喷淋口、进/出胶口及层析口三个通道。通常，层析口一直处于开路状态，喷淋口及出胶口开闭可以通过喷头的伸缩进行选择。这在一些应用场合具有额外的优势。为满足填料和各层析数据的需要，往往有从柱的下方装胶和/或进样的需求；而且对于柱体的卸胶和清洗过程，采用上下两个喷淋口同时喷淋将有助于提高效率，有效减少清洗死角。优选地，上下喷头均为三通道，便于进行装胶、卸胶及清洗。

在以上任意实施方案中，优选地，所述上下分配器采用等截面积流道，配合以合适的锥度，有利于流体的均匀分布。

在以上任意实施方案中，优选地，所述上筛网具有与筛网通过激光焊接连接的外环，且外环的底部边缘与筛网底部平面平齐，所述外环上均匀分布有加工形成的螺钉安装孔。这样便于筛网与分配器的连接，筛网的拆卸、安装和清洗非常便捷，并且不存在死体积，表面平整光滑，没有清洗死角。

本发明各个优选方面可以相互组合。各个优选特征的各种组合方式均在本发明的范围之内。

本文中的“上”、“下”、“前”和“后”等表示方位的词语是相对使用状态下的层析柱而言的，其仅具有相对意义。

本文中对任何一个部件、组件、结构的描述都不应视为穷尽性的、排他性的，每一个部件、组件、结构都可能还含有本文未明确提及的其它辅助零件或辅助结构。这些辅助零件或辅助结构可以根据本领域技术人员已有的知识和技能加以确定。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的阐述。

附图说明

图1所示为本发明的自动层析柱的实施例1的整体结构示意图；

图2所示为图1所示自动层析柱的管柱旋出状态的示意图；

图3所示为图1所示自动层析柱的管柱提升操作示意图；

图4所示为图1所示自动层析柱的柱头部分示意图；

图5所示为图1所示自动层析柱的管柱部分示意图；

图6所示为图1所示自动层析柱的柱头部分的上分配器示意图；

图7所示为图1所示自动层析柱的柱头部分的上分配器示意图的上筛网示意图；

图8所示为图1所示自动层析柱的三通道下喷头结构示意图；

图9所示为本发明三通道喷头状态一；

图10所示为本发明三通道喷头状态二；

图11所示为本发明三通道喷头状态三；

图12所示为本发明的自动层析柱的实施例2的整体结构示意图；

图13所示为图12所示自动层析柱的管柱移出状态的俯视示意图；

图14所示为图12所示自动层析柱的管柱部分和移动机构示意图。

图中：

100.驱动部分，200.上喷头，300.柱头部分，301.上分配器背板，302.上分配器，303.上不锈钢筛网，304.上筛网焊接外环，305.O型密封圈，306.上筛网焊接内环，400.下分配器部分，500.丝杠导杆部分，600.管柱部分，601.管柱上盖圈，602.管柱上旋转支座，603.提拉件，604.管柱主体，605，拉杆，606.管柱下旋转支座，607.管柱下盖圈，700.下喷头，701.下喷淋口接头，702.下出胶口接头，703.下层析口接头，800.支撑杆，900.固定底盘，1000.顶板，1005.驱动电机，1100.丝杠；

602.曲臂。

具体实施方式

图1示出了本发明的自动层析柱实施例1的整体结构示意图；图2、3分别示出了其管柱旋出状态和管柱升降状态；图4-8分别示出了其中一些组件的示意图。

由这些附图可以清楚地看出：本发明的自动层析柱实施例1包括驱动部分100、上喷头200、柱头部分300、下分配器部分400、丝杠导杆部分500、管柱部分600、下喷头700、两个支撑杆800、固定底盘900、顶板1000。具体地，整体结构由固定底盘900、两个总支撑杆800和顶板1000组成了方框式固定结构。另外，固定底盘底部带有脚轮可以便于层析柱整体的移动。

驱动部分100固定于顶板1000上，包括伺服电机1005，驱动电机通过减速结构(图中未示出)、传动机构(图中未示出)与梯形丝杠1100连接。由此，伺服电机1005可以驱动梯形丝杠1100，从而带动柱头部分300及上喷头部分200上升及下降，从而实现恒力矩或恒速度压柱。

如图5所示，管柱部分600包括：管柱上盖圈601、管柱下盖圈607、连接上下盖圈用于支撑管柱主体604的6根拉杆605，另外还包括：管柱上旋转支座602、管柱下旋转支座606和可拆卸提拉件603。管柱上下旋转支座602、606套在支撑杆800上可绕其旋转。

当需要旋出管柱进行清洗时，如图3所示需要利用提拉件603将管柱部分600与柱头部分300卡在一起，然后利用伺服电机1005升起柱头300，从而通过提拉件603带动管柱部分600一同上升，插入旋转销后，即可借助人力推动通过管柱上旋转支座602和管柱下旋转支座606使管柱部分600绕支撑杆800旋出，其最终状态如图2所示。

柱头部分300的结构细节如图4所示，其大体上包括上分配器背板301、上分配器302、上不锈钢筛网303、上筛网焊接外环304、O型密封圈305。并且，上分配器背板301、上分配器302、上不锈钢筛网303在中心部位开有通孔，通过该通孔柱头部分300与上喷头200连接，以便于进行装胶、卸胶、层析和清洗操作。

上分配器302的示意图见图6(俯视图)，其采用等截面积流道，并且带有一定的锥度，使得样品流经层析柱时均匀分布，即使层析流体均匀分布于柱床截面，以接近相同的速度流经填料床层，从而提高利用率。

上不锈钢筛网303的示意图见图7(俯视图)。具体地，筛网采用激光焊接外环，且外环的底部边缘与筛网底部平面平齐，并通过螺钉与分配器及其背板进行连接，并采用O型密封圈进行密封，即没有死体积，又没有清洗死角。

另外，本实施方式中，下分配器部分400大体与柱头部分300结构对称，从上到下依次包括下不锈钢筛网、下分配器、下分配器背板。下喷头700结构也大体与上喷头200对称，其结构见图8，包括下喷淋口接头701、下出胶口接头702、下层析口接头703三个通道。

由于这种对称结构，层析时，样品或缓冲液既可以选择上层析口进，下层析口出；也可以选择反向流动，上层析口出，下层析口进；即可实现正进柱及反进柱。具体地，填料、匀浆液和清洗液可以根据生产工艺要求选择由上喷口进入或者下喷口进入，然后完成压柱。

下面，结合图8-图11简单介绍三通道下喷头700的操作(上喷头200的操作与此类似)。具体地，下喷头700包括下喷淋口701、下出胶口702、下层析口703三个通道。出胶口702主要起到拆卸填料及清洗流路的作用。例如，操作时，下喷头700可以有三种操作状态(见图9、10、11)。

具体地，三通道喷头状态一(图9)应用于层析生产过程中，此时，喷淋口701及出胶口702与柱床不连通，但两者相通；层析口703用于收集(或泵入)层析液。

具体地，三通道喷头状态二(图10)主要应用于装胶的过程中，匀浆液将从出胶口701泵入/吸入管柱内。

具体地，三通道喷头状态三(图11)主要应用于卸胶的过程中，此时，喷淋口701喷入清洗液，出胶口702流出匀浆液。

注意，以上三种操作状态仅仅是示意性的。实际工业生产中，可能与此有所不同，并由技术人员根据需要进行调整。但重要的是，这种三通道喷头提供了多种操作模式、多种流道设计的可能性。

下面简单描述实际生产过程中反向进柱层析的过程。同样，以下描述仅仅是示意性的，并非用于限制本发明的层析柱的操作程序和用途。

具体地，上注胶口关闭，层析填料由下注胶口701泵入，之后由电机1005带动柱头部分300将填料压实，完成柱床的填装。

然后，层析液由下层析口703泵入，经下分配器和下筛网后均匀分布于柱床截面，之后以接近相同的速度从柱床下端流入，经柱床的分离后，目标产物从柱床上端流出。

最后，从柱床上端流出的目标产物经上分配器302汇集，并从上层析口进入接液容器。完成反向进柱过程。

正向进柱过程与此顺序相似，但是层析流体流向相反，目标产物流从柱床下端流出的经下分配器汇集，并从下层析口703进入接液容器。

此外，当需要更换填料时，需要将柱床打散，然后由泵将填料从璃管中抽出。具体地，将柱床打散时，可同时将上下喷淋口打开，利用高压射流，将柱床打散。

当需要对管柱清洗时，可将玻璃管绕支撑杆轴线转出，将固定筛网的螺钉拆下，对管柱，筛网等进行全面清洗。

该自动层析柱采用方框式固定结构作为总体支撑，结构简单可靠，操作方便，利用柱头的升降简单有效的将管柱部分提升并旋出，具有结构简单、可靠性高、成本较低、操作程序简单的优点。并且，由于提供上下两个层析口和进胶口、出胶口，可以实现正向进柱和反向进柱多种选择，采用上下喷淋口设计，同时喷淋有助卸胶和清洗卫生死角。另外，优选实施方式中采用独特的筛网结构设计，方便了筛网的装配，清洗，减少卫生死角。

下面参考附图12-14介绍本发明的自动层析柱实施例2。图12示出了本发明的自动层析柱实施例2的整体结构示意图；图13示出了其管柱移出状态；图14示出了其管柱部分和移动机构示意图。

在实施例2及其附图中，与实施例1及其附图相同的标号表示相同的部件。如图12所示，本发明的自动层析柱实施例2包括驱动部分100、上喷头200、柱头部分300、下分配器部分400、丝杠导杆部分500、管柱部分600、下喷头700、两个支撑杆800、固定底盘900、顶板1000。除了移动机构和管柱部分的设计之外，实施例2与实施例1基本相同(相同部件的结构、连接关系等均相同)。以上针对实施例1所描述的各种部件、结构、功能也同样适用于实施例2。所以，以下重点介绍实施例2中移动机构和管柱部分的设计和构造，而对其他结构部件不再赘述。

如图13所示，本实施例中管柱部分600包括：管柱上盖圈601、管柱下盖圈607、连接上下盖圈用于支撑管柱主体604的6根拉杆605。与实施例1不同之处在于：本实施例中的管柱部分600不包括可拆卸提拉件603，另外本实施例也不使用管柱上旋转支座602和管柱下旋转支座606。相反，管柱部分600通过两个曲臂602分别与两个支撑杆800相连。具体地，曲臂602为具有特定曲率的弧形弹性臂，其两端分别形成两个套环结构，一个套环套在管柱部分的拉杆605上，另一个套环套在支撑杆800上。

在其他实施例中，曲臂602可以由刚性材料制成，但是在曲臂602与拉杆605连接处内置弹性元件(例如弹簧或者碟簧)从而起到同样的弹性作用。

当需要移出管柱进行清洗时，首先松开管柱下盖圈的锁紧螺钉，管柱会在弹性曲臂或弹性元件的作用下自动抬升一定距离，从而使管柱部分600与下分配器部分400脱离，然后操作工人用人力推动管柱部分600，则曲臂602会带着管柱部分边自转边沿特定轨迹移动至层析柱前面或后面，其最终状态如图13所示。如此，利用弹性部件和曲臂配合实现管柱部分的提升和旋转推出，可以方便快捷的进行清洗。

除了清洗、更换管柱主体等需要拆卸管柱的操作之外，实施例2的其它操作方式与实施例1的操作方式基本相同。以上针对实施例1所描述的各种操作方式也同样适用于实施例2，所以不再赘述。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。例如，曲臂602可以不必与支撑杆800连接，而是可以固定在任何位于管柱外侧、平行于管柱轴线方向的地方。再例如，实施例中的多通道上喷头和下喷头由3个通道构成，根据实际需要，也可以采用2个、4个或更多个通道，或者采用3个通道，但是具体结构与实施例中所示有所不同。

Claims (10)

1.一种全自动层析柱，包括可升降柱头部分(300)、管柱部分(600)、驱动部分(100)和固定底盘(900)，其特征在于：所述层析柱还包括顶板(1000)和两根支撑杆(800)，所述顶板(1000)通过两个支撑杆(800)与固定底盘(900)固定连接形成方框式固定结构，所述方框式固定结构提供对全自动层析柱的所有部件的总体支撑；所述自动层析柱还包括多通道上喷头部分(200)；所述驱动部分(100)固定连接于所述顶板(1000)，通过驱动丝杠(1100)使安装于丝杠(1100)下端部的柱头部分(300)自动升降；并且所述层析柱还包括移动机构，所述移动机构将所述管柱部分(600)连接到所述支撑杆(800)上或连接到相对于所述固定底盘(900)固定的其它部件，从而允许所述管柱部分(600)在所述移动机构作用下相对于所述固定底盘(900)沿水平方向移动。

2.根据权利要求1所述的全自动层析柱，其特征在于：所述移动机构包括固定于管柱部分(600)上的上旋转支座(602)和下旋转支座(606)，从而允许所述管柱部分(600)绕所述两个支撑杆(800)之一进行旋转。

3.根据权利要求1所述的全自动层析柱，其特征在于：所述移动机构包括至少两个曲臂(602)，所述曲臂(602)一端与管柱部分(600)连接，另一端与支撑杆(800)连接或者与相对于所述固定底盘(900)固定的其它部件连接，并且所述曲臂(602)可以绕着支撑杆(800)或绕着平行于管柱部分(600)的轴线的方向旋转。

4.根据权利要求3所述的全自动层析柱，其特征在于：所述曲臂(602)是由弹性材料制成，或者在所述曲臂(602)与管柱部分(600)连接处设置有弹性元件。

5.根据权利要求1-4任一项所述的全自动层析柱，其特征在于：所述管柱部分(600)包括管柱主体(604)、上下端部的可拆卸盖圈(601、607)及连接上下盖圈(601、607)用于支撑管柱主体(604)的拉杆(605)。

6.根据权利要求1-4任一项所述的全自动层析柱，其特征在于：所述层析柱还包括多通道下喷头(700)，还包括用于支撑管柱部分(600)的下分配器部分(400)，所述下分配器部分(400)包括下分配器背板、下分配器、以及下筛网。

7.根据权利要求6所述的全自动层析柱，其特征在于：所述多通道上喷头(200)和多通道下喷头(700)均包括由出胶口(702)、喷淋口(701)和层析口(703)构成的三个通道。

8.根据权利要求1-4任一项所述的全自动层析柱，其特征在于：所述柱头部分(300)包括有上分配器背板(301)、上分配器(302)、上筛网(303)。

9.根据权利要求1-4任一项所述的全自动层析柱，其特征在于：所述驱动部分(100)包括电机(1005)，通过电机(1005)驱动所述丝杠(1100)从而带动柱头部分(300)升降移动。

10.根据权利要求1-4任一项所述的全自动层析柱，其特征在于：所述管柱部分(600)的内径在300mm-2000mm之间。